大气气溶胶和气象条件对京津冀地区区域性雾霾的影响

摘要

近年来我国京津冀地区雾霾天气频繁发生，大气能见度显著下降。为了研究大气气溶胶和气象条件对区域性雾霾天气的作用，本文利用京津冀地区2002～2012年气象观测资料、AERONET反演得到的气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数和粒子体积浓度等地基观测资料、CALIPSO二级产品中的气溶胶总后向消光散射系数、体积退偏比和色比等卫星遥感资料，对京津冀地区区域性雾霾日数的时空分布及原因、区域性雾霾过程中气溶胶的光学特征和粒子浓度，以及区域性雾霾期间各类气溶胶的垂直分布特征及原因进行分析。
　　为了匹配CALISPO卫星数据，本文将京津冀地区区域性雾霾日期的选择范围定在2006～2012年。统计得到区域性雾霾日数从2006年的12天逐年递减至2012年的3天，在夏季最多，7年共发生22天，秋季次之，为20天，冬季出现10天，春季最少，仅有3天。地面风速增大是造成京津冀地区区域性雾霾日数减少的主要原因。夏秋季节较高的相对湿度会促进“气-粒”转化过程，增强二次气溶胶的散射能力，同时小风速和低混合层抑制污染物扩散，大气能见度降低，有利于雾霾的发生和维持。
　　京津冀地区出现区域性雾霾时，95％的气溶胶出现在0～5km高度范围内，1～3km处最多，占所研究大气层的60.57％，这与1～3km较强的逆温层有关。
　　区域性雾霾过程中，大气中同时存在尘气溶胶和烟气溶胶，污染尘气溶胶和尘气溶胶在0～5km整层大气中比例均接近40％，并且污染尘气溶胶主要集中在2km以下大气层中，尘气溶胶则在2km以上大气中较多。95％的区域性雾霾日有污染陆地源气溶胶出现，82％的区域性雾霾日中存在洁净陆地源气溶胶。含量很少的海洋气溶胶，仅在35％的区域性雾霾日中出现。陆地气溶胶、海洋气溶胶和烟气溶胶在5km以下大气层中的比例为25％左右，并且在0～2km多于2～5km。综上所述，0～5km高度范围内的大气中以烟气溶胶和陆地气溶胶等人为排放的较规则的细粒子气溶胶居多，尤其在2km以下细粒子气溶胶含量明显多于粗粒子，粒子的规则程度和散射能力均较强。
　　以北京为例研究京津冀地区区域性雾霾过程中气溶胶的光学特征和粒子体积浓度。结果显示，北京地区背景大气的气溶胶以细粒子为主，雾霾发生时，细粒子含量显著增加，气溶胶的散射能力和吸收能力均强于非雾霾天。亚微米级气溶胶的增长以及气溶胶粒子体积浓度的增加是北京发生雾霾的重要原因。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 雾霾的时空分布特征

1．2．2 雾霾过程的气象要素特征

1．2．3 雾霾过程的气溶胶特性

1．3 研究内容及目的

2 数据及处理方法

2．1 雾霾判别标准

2．2 数据简介

2．2．1 地面常规气象观测数据

2，2．2 大气垂直探空资料

2．2．3 MODIS数据

2．2．4 AERONET数据

2．2．5 CALIPSO数据

2．3 本章小结

3 京津冀地区雾霾日数的变化特征及原因分析

3．1 雾霾日数的变化特征

3．1．1 雾霾总日数的变化规律

3．1．2 区域性雾霾日数的变化规律

3．2 雾霾日数变化规律的成因

3．2．1 河北省和北京市雾霾日数年际变化规律的原因

3．2．2 北京市雾霾日数季节变化规律的原因

3．3 本章小结

4 京津冀区域性雾霾过程中气溶胶和气象要素的垂直特性

4．1 气溶胶的类型和高度层分布

4．1．1 大气气溶胶类型

4．1．2 气溶胶所在高度层

4．2 气溶胶光学参数的垂直分布特征

4．2．1 总后向消光散射系数的垂直分布特征

4．2．2 体积退偏比的垂直分布特征

4．2．3 色比的垂直分布特征

4．3 大气温度和湿度的垂直分布特征

4．3．1 大气温度的垂直分布特征

4．3．2 相对湿度的垂直分布特征

4．4 一次区域性雾霾过程分析

4．4．1 气象要素分析

4．4．2 CALIPSO卫星数据分析

4．5 本章小结

5 区域性雾霾过程中北京地区气溶胶的光学特性

5．1 气溶胶含量和粒径尺度

5．2 气溶胶体积浓度谱分布

5．3 气溶胶的散射性和吸收性

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 存在的不足和展望

参考文献

致谢

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